Las oscilaciones inducidas por el piloto (PIO), según se definen en MIL-HDBK-1797A, [1] son oscilaciones sostenidas o incontrolables que resultan de los esfuerzos del piloto por controlar la aeronave . Se producen cuando el piloto de una aeronave ordena inadvertidamente una serie de correcciones a menudo crecientes en direcciones opuestas, cada una de las cuales es un intento de cubrir la reacción de la aeronave a la entrada anterior con una sobrecorrección en la dirección opuesta. Una aeronave en tal condición puede parecer que está "haciendo piruetas" al cambiar entre direcciones ascendentes y descendentes. Como tal, es un acoplamiento de la frecuencia de las entradas del piloto y la propia frecuencia de la aeronave. Para evitar cualquier suposición de que la oscilación es necesariamente culpa del piloto, se han sugerido nuevos términos para reemplazar la oscilación inducida por el piloto . Estos incluyen acoplamiento de la aeronave con el piloto , oscilaciones del piloto en el circuito y oscilaciones asistidas por el piloto (o aumentadas) . [2]
La física del vuelo hace que estas oscilaciones sean más probables para los pilotos que para los conductores de automóviles. Un intento de hacer que el avión ascienda, por ejemplo, aplicando el elevador hacia arriba , también dará como resultado una reducción de la velocidad aerodinámica .
Otro factor es la tasa de respuesta de los instrumentos de vuelo en comparación con la tasa de respuesta de la aeronave en sí. Por ejemplo, un aumento de potencia no dará como resultado un aumento inmediato de la velocidad aerodinámica indicada, ni tampoco un aumento de la tasa de ascenso se mostrará inmediatamente en el indicador de velocidad vertical . Un piloto que apunte a un descenso de 500 pies por minuto, por ejemplo, puede encontrarse descendiendo más rápido de lo previsto. Comienza a aplicar el elevador hacia arriba hasta que el indicador de velocidad vertical muestra 500 pies por minuto. Sin embargo, debido a que el indicador de velocidad vertical está retrasado con respecto a la velocidad vertical real, la aeronave en realidad está descendiendo a mucho menos de 500 pies por minuto. Luego, el piloto comienza a aplicar el elevador hacia abajo hasta que el indicador de velocidad vertical lee 500 pies por minuto, comenzando el ciclo nuevamente. De esta manera, estabilizar la velocidad vertical puede ser difícil debido a la velocidad aerodinámica constantemente variable. En un sentido de control, la oscilación es el resultado de un margen de fase reducido inducido por el retraso de la respuesta del piloto. El problema se ha mitigado en algunos casos añadiendo un término de latencia a los instrumentos, por ejemplo, para hacer que la indicación de la velocidad de ascenso no solo refleje la velocidad de ascenso actual, sino que también sea sensible a la tasa de cambio de la velocidad de ascenso.
Las oscilaciones inducidas por el piloto pueden ser culpa de la aeronave, del piloto o de ambos. Es un problema común para los pilotos inexpertos, y especialmente para los pilotos estudiantes , aunque también fue un problema para los mejores pilotos de pruebas de investigación en el programa de fuselaje sustentador de la NASA . El problema es más agudo cuando la sección del ala y la cola están muy juntas en las llamadas aeronaves de "acoplamiento corto". Durante las pruebas de vuelo , la oscilación inducida por el piloto es uno de los factores de calidad de manejo que se analizan, y la aeronave se clasifica según una escala establecida (gráfico a la derecha).
Las oscilaciones más peligrosas inducidas por el piloto pueden ocurrir durante el aterrizaje . Si se eleva demasiado el timón de profundidad durante el aterrizaje , el avión puede volverse peligrosamente lento y amenazar con entrar en pérdida de sustentación . Una reacción natural a esto es empujar el morro hacia abajo con más fuerza que cuando se lo levanta, pero entonces el piloto termina mirando al suelo. Si se eleva aún más el timón de profundidad, el ciclo se inicia nuevamente.
Si bien las oscilaciones inducidas por el piloto a menudo comienzan con amplitudes bastante bajas , que pueden tratarse adecuadamente con la teoría lineal de pequeñas perturbaciones, varios PIO aumentarán gradualmente su amplitud. [3]
El 20 de enero de 1974, un YF-16 (un prototipo de desarrollo de lo que se convertiría en el General Dynamics F-16 Fighting Falcon ) estaba en una prueba de rodaje a alta velocidad cuando una PIO hizo que el avión se desviara hacia la izquierda de la pista. El piloto de pruebas decidió despegar y aterrizó de manera segura después de seis minutos. [4] Después de ese vuelo inaugural no intencional, el equipo de desarrollo redujo la ganancia de alabeo del computador fly-by-wire para eliminar una PIO similar durante el despegue o el aterrizaje.
En febrero de 1989, un prototipo de JAS 39 Gripen se estrelló al aterrizar en Linköping (Suecia). Se determinó que la causa fue una oscilación inducida por el piloto como resultado de un sistema de control de vuelo demasiado sensible pero de respuesta lenta. Posteriormente, se rediseñó el sistema de control de vuelo.
La oscilación inducida por el piloto fue la causa del accidente de 1992 del prototipo Lockheed YF-22 , que aterrizó en la base aérea Edwards de California. Este accidente se relacionó con la limitación de la velocidad del actuador, lo que provocó que el piloto, Tom Morgenfeld, compensara en exceso las fluctuaciones de inclinación.